研究人员获得了第一个确凿的证据，证明存在难以捉摸的第三类物质，称为交变磁力。他们的研究结果于 12 月 11 日发表在期刊上，可以彻底改变新型高速磁存储设备的设计，并为开发更好的磁存储设备提供缺失的拼图。材料。
“我们以前有两种成熟的磁力类型，”研究作者奥利弗·阿明英国诺丁汉大学博士后研究员告诉Live Science。 “铁磁性，磁矩（你可以将其想象为原子尺度上的小罗盘箭头）都指向同一方向。而反铁磁性，其中相邻的磁矩指向相反的方向 - 你可以将其想象为棋盘白色和黑色瓷砖交替。”
电流内的电子自旋必须指向两个方向之一，并且可以与这些磁矩对齐或逆向以存储或携带信息，形成磁存储器件的基础。
一种新形式的磁力
交变磁性材料， 2022 年首次理论化，有一个介于两者之间的结构。每个单独的磁矩都与其相邻的磁矩指向相反的方向，就像在反铁磁材料中一样。但每个单元相对于相邻的磁性原子都会稍微扭曲，从而产生一些类似铁磁的特性。
因此，交变磁体结合了铁磁和反铁磁材料的最佳特性。研究合著者表示：“铁磁体的好处在于，我们可以轻松地使用这些上域或下域来读写内存。”阿尔弗雷德·达尔丁同样是诺丁汉大学的博士生告诉《生活科学》。 “但由于这些材料具有净磁性，因此用磁铁擦拭这些信息也很容易丢失。”
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相反，反铁磁材料在信息存储方面的操纵更具挑战性。然而，由于它们具有净零磁性，因此这些材料中的信息更加安全且传输速度更快。达尔丁说：“交替磁体具有反铁磁体的速度和弹性，但它们也具有铁磁体的这种重要特性，即时间反转对称性破缺。”
这种令人费解的特性着眼于物体在时间上向前和向后移动的对称性。 “例如，气体粒子四处飞舞，随机碰撞并填满空间，”阿明说。 “如果你倒转时间，这种行为看起来并没有什么不同。”
这意味着对称性是守恒的。然而，由于电子同时具有量子自旋和磁矩，因此反转时间（从而反转行进方向）会翻转自旋，这意味着对称性被破坏。阿明解释说：“如果你观察这两个电子系统——一个是时间正常前进的系统，另一个是时间倒带的系统——它们看起来不同，所以对称性被打破了。” “这使得某些电现象得以存在。”
寻找超导的“缺失环节”
团队 — 领导者 彼得·瓦德利诺丁汉大学物理学教授使用一种称为光电子显微镜的技术对碲化锰的结构和磁性进行成像，碲化锰是一种以前被认为具有反铁磁性的材料。
“根据我们选择的 X 射线的偏振，磁性的不同方面会被照亮，”阿明说。圆偏振光揭示了时间反转对称性破缺产生的不同磁畴，而水平或垂直偏振 X 射线使团队能够测量整个材料的磁矩方向。通过结合这两个实验的结果，研究人员创建了首张交变磁材料内不同磁域和结构的图。
有了这个概念验证，该团队通过受控热循环技术操纵内部磁性结构，制造了一系列交变磁设备。
“我们能够在六边形和三角形装置中形成这些奇异的涡流纹理，”阿明说。 “这些涡流作为潜在的信息载体在自旋电子学领域越来越受到关注，因此这是如何创建实用设备的第一个很好的例子。”
研究作者表示，成像和控制这种新型磁性的能力可能会彻底改变下一代存储设备的设计，提高运行速度，增强弹性和易用性。
“交变磁学也将有助于超导性的发展，”达尔丁说。 “很长一段时间以来，这两个区域之间的对称性一直存在一个洞，而迄今为止一直难以捉摸的这类磁性材料，结果证明是这个谜题中缺失的一环。”
